Lastflussanalyse von Micro Grids unter Einfluss von erneuerbaren Energien und Elektrofahrzeugen (Göbel 2015)
10. Dezember 2015
Bestimmung optimaler Stromnetzerweiterung in ländlichen Gebieten mithilfe von Routing-Algorithmen (Geiger und Cader 2016)
1. Januar 2016

ecoPtG

Erforschung von Möglichkeiten des Technologietransfers aus der Automobilindustrie zur Realisierung eines modularen Low-Cost-Elektrolysesystems der 100 kW-Klasse

Projektzeitraum: 01.11.2015 – 31.10.2018

Im Zuge der Energiewende wird zunehmend Strom aus fluktuierenden Quellen erzeugt. Die Energiegewinnung aus Sonne und Wind ist abhängig von der Witterung und kann daher stark schwanken. So entstehen regional Situationen, bei denen die regenerative Stromproduktion den Bedarf zeitweise übersteigt. Eine Lösung für diese Herausforderung liegt im sogenannten Power-to-Gas-Verfahren. Hierbei wird Strom aus Sonnen- und Windenergie mithilfe eines Elektrolyseurs in Wasserstoff umgewandelt, welcher ohne Verluste und über einen langen Zeitraum gespeichert werden kann. Bei Bedarf kann der Wasserstoff dann rückverstromt, oder aber als klimafreundlicher Kraftstoff von Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt werden. Letzteres kommt der Dekarbonisierung des Verkehrs, also einem Umstieg von fossilen auf erneuerbare Energieträger zum Antrieb von Fahrzeugen, entgegen.

Bisher standen die hohen Investitionskosten gerade bei kleineren Elektrolyseuren einer Markteinführung im Wege. Hier setzte das Projekt ecoPtG an: Durch ein einfaches Konzept, vereinfachte Fertigungsverfahren und günstige Materialien wie Kunststoff sollten die geplante alkalische 100-Kilowatt-Elektrolyse fit für den Markt werden. Um das zu erreichen, wurde vor allem auf Erfahrungen aus der Automobilindustrie zurück gegriffen. Im Fokus standen dabei die Leistungselektronik, Steuerung und Sensorik sowie verfahrenstechnische Komponenten, etwa für die Temperierung und Medienkreisläufe. Viele dieser Komponenten wurden für Autos bereits günstig in Großserie hergestellt – und erfüllten zugleich die Anforderungen der Elektrolyse. Im Rahmen von ecoPtG wurde geprüft, wie genau der Technologietransfer erfolgen kann.

In diesem Projekt analysierte das RLI Betriebs- und Anwendungsszenarien für das Elektrolysesystem im Kontext von Wasserstofftankstellen und Off-Grid-Anwendungen. Zu den konkreten Aufgaben gehörten:

  • Leitung des Arbeitspakets „Prozess-, Simulations- und Marktpotenzialanalyse“
  • Entwicklung eines Simulationsmodells, welches das gesamte Elektrolysesystem mit allen relevanten Effekten abbilden kann:
    • Bestimmung eines geeigneten Detaillierungsgrads, um qualitativ hochwertige Simulationsergebnisse bei angemessener Rechenzeit zu ermöglichen
    • Ausarbeitung von Key Perfomance Indicators, die eine technische und wirtschaftliche Bewertung zulassen
  • Entwicklung einer Steuerungsstrategie für den stationären sowie den dynamischen Betrieb von Elektrolyseuren:
    • Übersetzung der entwickelten Simulations-Software in ein Steuerungstool, welches einen optimierten Betrieb der Elektrolysesysteme unter Einbeziehung von Wetter-, Strompreis- und Bedarfsprognosen, zulässt
  • Bestimmung von Einsatzpotenzialen von Elektrolysesystemen im Mobilitätssektor, an Off-Grid-Standorten und in der Wirtschaft:
    • Bestimmung passender Standorte mit Einsatzpotenzialen für Wasserstoff
    • Ermittlung technischer Anforderungen an das System bei standortabhängigen Umweltbedingungen
    • Marktpotenzialanalysen zur Bestimmung der Wirtschaftlichkeit der einzelnen Standorte

Ergebnisse dieses Projekts sind:

  • Entwicklung eines modularen Low-Cost-Elektrolysesytems der 100 kW Klasse
  • Elektrosystem sollte möglichst mit Erneuerbaren Energiern-Anlagen kombiniert werden
  • Einsatzbereich hat keinen relevanten Einfluss auf die Wasserstoffgestehungskosten und ist für jegliche Transportmittel geeignet
  • Modulare Elektrolysesysteme sind über einen Planungszeitraum von 20 Jahren stets günstiger als große Systeme
  • Modularer Nachbau ermöglicht es auf Fehler in der Bedarfsentwicklungsprognose zu reagieren
  • Konzipierung und Realisierung einer Echtzeitsteuerung für das Elektrosystem, die den Betrieb opitmiert
  • Hohes Einsatzpotenzial für modulare Elektrolysesysteme in verschiedenen Bereichen und Off-Grid-Regionen weltweit
  • Hohe Kostenreduktion durch intelligente Betriebsstrategien und die Kombination mit lokalen Erneuerbaren Energien, insbesondere Windenergie

    Abschlussbericht

  • IAV

    ZSW

    Hydrotechnik

    Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi).


    Förderlogo BMWi

    Koordiniert durch den Projektträger Jülich (PTJ).
    PTJ Logo

    Kontakt



    Oliver Arnhold


    Projektleiter

    Norman Pieniak


    Stv. Bereichsleiter

    Jakob Gemassmer


    Wissenschaftlicher Mitarbeiter